基于GNS3+eNSP的應(yīng)用型高校網(wǎng)絡(luò)仿真實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)建與分析

孫德剛　郝萍萍

摘? 要：高校教學(xué)體系中明確了計(jì)算機(jī)課程的重要地位，為了保證計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)順利開展，需要建設(shè)相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)仿真實(shí)驗(yàn)室，以便做到學(xué)以致用。本文主要針對(duì)基于GNS3+eNSP的應(yīng)用型高校網(wǎng)絡(luò)仿真實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)建進(jìn)行研究，以低成本、高運(yùn)行效益為目的，利用先進(jìn)技術(shù)來(lái)構(gòu)建功能豐富的網(wǎng)絡(luò)仿真實(shí)驗(yàn)室，使其在高校教育中得到有效運(yùn)用。

關(guān)鍵詞：GNS3+eNSP;網(wǎng)絡(luò)仿真實(shí)驗(yàn)室;構(gòu)建分析

中圖分類號(hào)：TP393 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2019）22-0112-02

Abstract：The important position of computer courses is clearly defined in the university teaching system. In order to ensure the smooth development of computer network teaching，it is necessary to build a corresponding network simulation laboratory in order to achieve the purpose of learning. This paper focuses on the construction of application-based university network simulation laboratory based on GNS3+eNSP. With the aim of low cost and high operational efficiency，it uses advanced technology to build a functional network simulation laboratory to make it effective in college education. use.

Keywords：GNS3+eNSP;network simulation laboratory;construction analysis

0? 引? 言

現(xiàn)階段大量企事業(yè)單位注重智能化辦公的實(shí)現(xiàn)，并構(gòu)建內(nèi)部信息處理平臺(tái)，社會(huì)各行業(yè)對(duì)計(jì)算機(jī)人才的需求是逐年增長(zhǎng)的。由于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)實(shí)踐性較強(qiáng)，當(dāng)前高校計(jì)算機(jī)教育主要面臨教育成本高和需求增長(zhǎng)之間的沖突。這種情況下應(yīng)構(gòu)建仿真網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，為實(shí)踐教學(xué)提供條件，進(jìn)而提高學(xué)生計(jì)算機(jī)設(shè)備運(yùn)用能力，加大計(jì)算機(jī)人才的培養(yǎng)力度。

1? 高校網(wǎng)絡(luò)仿真實(shí)驗(yàn)室建設(shè)構(gòu)思

基于GNS3+eNSP的應(yīng)用型高校網(wǎng)絡(luò)仿真實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)建是一項(xiàng)系統(tǒng)的工程項(xiàng)目，要進(jìn)行需求分析、功能設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、方案實(shí)施等步驟，確保仿真實(shí)驗(yàn)室功能滿足計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教育的要求[1]。在設(shè)計(jì)實(shí)踐中應(yīng)遵循以下原則：一是設(shè)備資源優(yōu)化配置，當(dāng)前高校普遍運(yùn)用的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備包括華為、思科、華三等，設(shè)備型號(hào)不同命令腳本便存在差異，相同品牌網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的不同型號(hào)還需要考慮配置差異化的問題;二是內(nèi)容全面，在實(shí)驗(yàn)室建設(shè)中主要利用以太網(wǎng)、局域布線技術(shù)、區(qū)域劃分、組播實(shí)驗(yàn)、網(wǎng)絡(luò)管理、數(shù)據(jù)收集分析、路由設(shè)置等技術(shù)，綜合利用多個(gè)技術(shù)手段，以便保證仿真實(shí)驗(yàn)室功能性良好，能滿足具體的教學(xué)需要;三是實(shí)驗(yàn)室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)靈活，保留足夠的擴(kuò)建空間，以便簡(jiǎn)化設(shè)備更新和維護(hù)工作。軟硬件系統(tǒng)的部署要注重系統(tǒng)功能可恢復(fù)，保證仿真實(shí)驗(yàn)室在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中的充分利用;四是系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，高校仿真實(shí)驗(yàn)室是接入局域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的，這就增加了實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行中的安全風(fēng)險(xiǎn)。網(wǎng)絡(luò)管理員應(yīng)加大對(duì)實(shí)驗(yàn)室安全的關(guān)注，采取相應(yīng)的安全維護(hù)策略，創(chuàng)造良好的系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境。實(shí)際構(gòu)建高校網(wǎng)絡(luò)仿真實(shí)驗(yàn)室前，應(yīng)充分考慮上述內(nèi)容，明確設(shè)計(jì)重點(diǎn)以便保證實(shí)驗(yàn)室功能的正常使用，發(fā)揮其在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中的輔助功能。

2? 高校網(wǎng)絡(luò)仿真實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建方案

高校計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)仿真實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建在節(jié)省教育成本、落實(shí)實(shí)踐教學(xué)計(jì)劃方面有著重要意義，在充分考慮以上設(shè)計(jì)要求的條件下，還應(yīng)具體制定實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建方案，在落實(shí)設(shè)計(jì)規(guī)劃后，確保仿真實(shí)驗(yàn)室多樣化功能的實(shí)現(xiàn)。下面本文將具體闡述基于GNS3+eNSP的應(yīng)用型高校計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)仿真實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建措施，做好細(xì)節(jié)處理來(lái)提高設(shè)計(jì)有效性。

2.1? 硬件設(shè)計(jì)

硬件方案制定是實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建中的主要內(nèi)容，應(yīng)借助相應(yīng)型號(hào)的電子設(shè)備構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室，通常來(lái)講，設(shè)備組成包括PC終端、路由器、分析儀、交換機(jī)、網(wǎng)卡、控制器等，選擇需要的設(shè)備型號(hào)來(lái)保障最終的組建質(zhì)量。目前市場(chǎng)上國(guó)產(chǎn)三層交換機(jī)價(jià)格為3400元/臺(tái);測(cè)試儀價(jià)格約為20000元/臺(tái);路由器價(jià)格為4000元/臺(tái);PC終端價(jià)格為3000元/臺(tái);控制器和AP價(jià)格為2000員/臺(tái)。網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室通常需要配置一臺(tái)路由器、20臺(tái)交換機(jī)、20臺(tái)PC、1臺(tái)控制器和20個(gè)網(wǎng)卡，總費(fèi)用約為18萬(wàn)元。

2.2? 網(wǎng)絡(luò)仿真軟件

仿真軟件是保證事宜按時(shí)功能正常發(fā)揮的關(guān)鍵，是實(shí)際設(shè)計(jì)中應(yīng)重點(diǎn)考慮的內(nèi)容。常見仿真軟件包括GNS3、Cisc Packet等，由于GNS3是在虛擬網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中增設(shè)真實(shí)電子設(shè)備來(lái)進(jìn)行設(shè)備運(yùn)行，能通過操作系統(tǒng)檢測(cè)設(shè)備運(yùn)行狀況，相對(duì)來(lái)講仿真程度較高，使其在高校仿真實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建方面有著較好的應(yīng)用性。本文主要利用該軟件來(lái)組建網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，為最終實(shí)驗(yàn)室的運(yùn)行提供條件[2]。GNS3軟件運(yùn)行過程中主要利用WinPcap工具，可直接在Windows平臺(tái)上下載需要的編程數(shù)據(jù)包，簡(jiǎn)化了軟件開發(fā)工作，同時(shí)可利用應(yīng)用程序進(jìn)行計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)訪問，找出并轉(zhuǎn)發(fā)工具包。在GNS3軟件系統(tǒng)中，可在用戶界面上進(jìn)行虛擬網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化配置，能在任一計(jì)算機(jī)平臺(tái)上模擬網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，這一技術(shù)支持下，有助于提高網(wǎng)絡(luò)仿真實(shí)驗(yàn)室的適用性?？稍贚inux、Windows等操作系統(tǒng)上運(yùn)行，為網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室搭建提供了良好條件。并且可在計(jì)算機(jī)設(shè)備上營(yíng)造出網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行環(huán)境，將配置文件和數(shù)據(jù)文件存放在系統(tǒng)中，實(shí)際使用時(shí)只需要打開提前存放的文件便可使用模擬網(wǎng)絡(luò)。本次仿真模擬實(shí)驗(yàn)室組建項(xiàng)目中，采用了GNS3、eNSP仿真軟件，具有界面友好的優(yōu)點(diǎn)，能在用戶界面上運(yùn)行模擬軟件。在優(yōu)化設(shè)計(jì)方案過程中，又增加了系統(tǒng)的防火墻、路由器等功能，相對(duì)來(lái)講可操作性強(qiáng)。eNSP是一個(gè)可拓展、操作簡(jiǎn)單的仿真網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，可利用交換機(jī)、路由器等設(shè)備完成模擬，將計(jì)算機(jī)教學(xué)情景真實(shí)地呈現(xiàn)出來(lái)，系統(tǒng)性能較好，在大型模擬實(shí)驗(yàn)中有著較好的應(yīng)用性，如通過仿真實(shí)驗(yàn)室模擬路由器、交換機(jī)等設(shè)備的功能和運(yùn)行特性，在完善功能的同時(shí)減少了硬件配置，由此節(jié)省了實(shí)驗(yàn)室搭建成本。

2.3? 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析

利用GNS3和eNSP仿真軟件，能得到相應(yīng)的拓?fù)洵h(huán)境。本次項(xiàng)目中，在主機(jī)配置上，主要是運(yùn)用Windows操作系統(tǒng)，構(gòu)建服務(wù)器并設(shè)計(jì)IP地址。不同主機(jī)對(duì)應(yīng)的操作系統(tǒng)和IP地址不同，還應(yīng)從實(shí)際情況出發(fā)來(lái)具體分析。在拓?fù)洵h(huán)境中，能實(shí)現(xiàn)各個(gè)軟件的正常使用，利用傳輸媒介來(lái)連接多個(gè)設(shè)備，形成相應(yīng)的物理布局。本次線路工程中采用分布式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，是指將不同地點(diǎn)的計(jì)算機(jī)設(shè)備連接在一起，能在線路作用下傳遞指令信息。分布式結(jié)構(gòu)體現(xiàn)出以下特點(diǎn)：采取分散控制方式，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中出現(xiàn)局部故障時(shí)，不會(huì)對(duì)全網(wǎng)操作產(chǎn)生影響，因此確保了系統(tǒng)可靠性。在路徑設(shè)計(jì)方面，運(yùn)用最短路徑算法，由此縮短網(wǎng)絡(luò)延遲，提高傳輸效率。系統(tǒng)中的不同節(jié)點(diǎn)之間能夠直接連接，快速傳遞信息，并且分布式結(jié)構(gòu)有利于校園資源共享。

2.4? 具體實(shí)施

在高校內(nèi)組建仿真實(shí)驗(yàn)室，通常需要配置防火墻、交換機(jī)、路由器等設(shè)備，為了避免信息冗余引起的安全風(fēng)險(xiǎn)，高校仿真實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目中會(huì)準(zhǔn)備多型號(hào)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，以便保證信息傳遞的完整性和準(zhǔn)確性[3]。利用上述軟硬件方案進(jìn)行企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的仿真模擬時(shí)，應(yīng)按照以下步驟進(jìn)行：第一，安裝vwware，在安裝完成后出現(xiàn)兩個(gè)虛擬網(wǎng)卡，在虛擬網(wǎng)卡作用下連通局域網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)信息有效傳遞;第二，應(yīng)在仿真軟件中添加三層交換機(jī)，旨在模擬企業(yè)網(wǎng)絡(luò)中的核心交換機(jī)，真正達(dá)到仿真目的。并且應(yīng)添加Cloud設(shè)備，將其接入網(wǎng)絡(luò)中并將兩個(gè)設(shè)備連接在一起;第三，再次添加交換機(jī)，進(jìn)行企業(yè)網(wǎng)絡(luò)中匯聚層交換機(jī)的仿真;第四，進(jìn)入操作平臺(tái)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)地址的設(shè)置;第五，打開兩臺(tái)交換機(jī)完成IP配置，確保交換機(jī)和網(wǎng)卡機(jī)制都在同一網(wǎng)絡(luò)中，使得仿真過程是連續(xù)性的;第六，在仿真軟件中增設(shè)交換機(jī)來(lái)進(jìn)行匯聚層交換機(jī)的仿真。在完成方案實(shí)施操作后可進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，在GNS3、eNSP中輸入代碼，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該設(shè)計(jì)方案在高校仿真實(shí)驗(yàn)室組建中有著較好的應(yīng)用效果。

2.5? 方案對(duì)比

利用軟件設(shè)計(jì)方案能滿足不同教學(xué)環(huán)境下的模擬要求，并能對(duì)硬件方案中的教學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行仿真，模擬效果基本相同，說(shuō)明軟件方案有著一定應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。并且軟件方案實(shí)施成本較低，能在已有虛擬實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)上改造和完善，減輕了學(xué)校的成本壓力。并且軟件方案維護(hù)工作相對(duì)容易，維護(hù)工作中運(yùn)用的IoS可在網(wǎng)上下載或在硬件設(shè)備中獲取，能縮短維修間隔，提高系統(tǒng)整體功能性。另外，在軟件方案運(yùn)行效率快，而硬件芯片計(jì)算速度要超過硬件方案中的硬件設(shè)備運(yùn)算速率。

3? 結(jié)? 論

綜上所述，構(gòu)建高校計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)仿真實(shí)驗(yàn)室能滿足高校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)要求，有效控制教育成本，在進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)過程中，可利用仿真實(shí)驗(yàn)室展開實(shí)踐活動(dòng)，確保學(xué)生網(wǎng)絡(luò)操作能力得到充分培養(yǎng)。以GNS3+eNSP為基礎(chǔ)的仿真實(shí)驗(yàn)室在高校有著廣泛的運(yùn)用，為科研、教育實(shí)踐提供了平臺(tái)，對(duì)高校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)改革發(fā)展起到了促進(jìn)作用。

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作者簡(jiǎn)介：孫德剛（1978.04-），男，漢族，山東德州人，高級(jí)工程師，學(xué)士學(xué)位，研究方向：網(wǎng)絡(luò)工程、軟件開發(fā);郝萍萍（1977.12-），女，漢族，山東陵縣人，講師，工程師，碩士研究生，研究方向：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育。